Импульсный код модуляция - это метод который используется для преобразования аналоговый сигнал в цифровой сигнал так что модифицированный аналоговый сигнал может передаваться через сеть цифровой связи. PCM имеет двоичную форму, поэтому будет только два возможных состояния: высокий и низкий (0 и 1). Мы также можем вернуть наш аналоговый сигнал путем демодуляции. Процесс импульсной кодовой модуляции состоит из трех этапов: выборки, квантования и кодирования. Существует два конкретных типа импульсной кодовой модуляции, такие как дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (DPCM) и адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ADPCM).

“символ батареи на принципиальной схеме ”

Блок-схема ПКМ

Вот блок-схема шагов, которые включены в PCM.

При сэмплировании мы используем PAM-сэмплер, то есть сэмплер с импульсной амплитудной модуляцией, который преобразует непрерывный амплитудный сигнал в дискретно-непрерывный сигнал (PAM-импульсы). Базовая блок-схема PCM приведена ниже для лучшего понимания.

Что такое импульсно-кодовая модуляция?

Чтобы получить сигнал с импульсной кодовой модуляцией из аналогового сигнала на передатчик конец (источник) цепи связи, амплитуда выборок аналогового сигнала через равные промежутки времени. Частота дискретизации или количество отсчетов в секунду в несколько раз превышает максимальную частоту. Сигнал сообщения, преобразованный в двоичную форму, обычно имеет количество уровней, всегда равное степени 2. Этот процесс называется квантованием.

Основные элементы системы PCM

На стороне приемника демодулятор импульсного кода декодирует двоичный сигнал обратно в импульсы с теми же квантовыми уровнями, что и в модулятор. Дальнейшими действиями мы можем восстановить исходную аналоговую форму волны.

Теория импульсной кодовой модуляции

Эта блок-схема выше описывает весь процесс PCM. Источник непрерывного времени сигнал сообщения пропускается через фильтр нижних частот, после чего выполняется выборка, квантование и кодирование. Подробно рассмотрим шаг за шагом.

Отбор проб

Выборка - это процесс измерения амплитуды непрерывного сигнала в дискретные моменты времени, который преобразует непрерывный сигнал в дискретный сигнал. Например, преобразование звуковой волны в последовательность сэмплов. Образец - это значение или набор значений в определенный момент времени, или он может быть разделен. Пробоотборник извлекает отсчеты непрерывного сигнала, это подсистема идеального пробоотборника, производящая отсчеты, которые эквивалентны мгновенному значению непрерывного сигнала в определенных различных точках. В процессе дискретизации генерируется сигнал с амплитудно-импульсной модуляцией (PAM) с плоской вершиной.

Аналоговый и дискретизированный сигнал

Частота дискретизации, Fs - это количество средних выборок в секунду, также известное как частота дискретизации. Согласно теореме Найквиста частота дискретизации должна быть как минимум в 2 раза выше верхней частоты среза. Частота дискретизации, Fs> = 2 * fmax, чтобы избежать эффекта наложения. Если частота дискретизации намного выше, чем частота Найквиста, это становится передискретизацией, теоретически сигнал с ограниченной полосой пропускания может быть восстановлен, если дискретизируется с частотой выше Найквиста. Если частота дискретизации меньше, чем частота Найквиста, она станет недискретизацией.

В основном для отбора проб используются два типа методов. Это 1. Естественный отбор и 2. Отбор с плоской вершиной.

Квантование

При квантовании - аналоговая выборка с амплитудой, которая преобразована в цифровую выборку с амплитудой, которая принимает одно из специально заданного набора значений квантования. Квантование выполняется путем разделения диапазона возможных значений аналоговых отсчетов на несколько разных уровней и присвоения центрального значения каждого уровня любому отсчету в интервале квантования. Квантование приближает значения аналоговой выборки к ближайшим значениям квантования. Таким образом, почти все квантованные сэмплы будут немного отличаться от исходных сэмплов. Эта величина называется ошибкой квантования. В результате этой ошибки квантования мы услышим шипящий шум при воспроизведении случайного сигнала. Преобразование аналоговых отсчетов в двоичные числа, равные 0 и 1.

В большинстве случаев мы будем использовать равномерные квантователи. Равномерное квантование применимо, когда значения выборки находятся в конечном диапазоне (Fmin, Fmax). Общий диапазон данных разбит на 2n уровней, пусть это будет L интервалов. Они будут иметь равную длину Q. Q известен как интервал квантования или размер шага квантования. При равномерном квантовании ошибки квантования не будет.

Равномерно квантованный сигнал

Как мы знаем,
L = 2n, тогда размер шага Q = (Fmax - Fmin) / L

“как работает реле измерения тока ”

Интервал i соответствует среднему значению. Мы будем хранить или отправлять только индексное значение квантованного значения.

Значение индекса квантованного значения Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Квантованное значение Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Но при равномерном квантовании возникают некоторые проблемы:

Оптимален только для равномерно распределенного сигнала.
Реальные аудиосигналы более сконцентрированы около нулей.
Человеческое ухо более чувствительно к ошибкам квантования при малых значениях.

Решение этой проблемы - использование неравномерного квантования. В этом процессе интервал квантования меньше около нуля.

Кодирование

Кодер кодирует квантованные отсчеты. Каждая квантованная выборка кодируется в 8-битное кодовое слово с помощью A-закона в процессе кодирования.

Бит 1 - это самый старший бит (MSB), он представляет полярность выборки. «1» представляет положительную полярность, а «0» - отрицательную полярность.
Бит 2, 3 и 4 будет определять местоположение значения выборки. Эти три бита вместе образуют линейную кривую для отрицательных или положительных отсчетов низкого уровня.
Бит 5, 6, 7 и 8 являются младшими значащими битами (LSB), они представляют одно из квантованных значений сегментов. Каждый сегмент разделен на 16 квантовых уровней.

PCM - это два типа дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (DPCM) и адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ADPCM).

В DPCM кодируется только разница между выборкой и предыдущим значением. Разница будет намного меньше, чем общее значение выборки, поэтому нам нужно несколько битов для получения той же точности, что и в обычном PCM. Так что и требуемый битрейт уменьшится. Например, в 5-битном коде 1 бит предназначен для полярности, а оставшиеся 4 бита - для 16 квантовых уровней.

ADPCM достигается за счет адаптации уровней квантования к характеристикам аналогового сигнала. Мы можем оценить значения с помощью предыдущих выборочных значений. Оценка ошибок выполняется так же, как и в DPCM. В методе ADPCM 32 Кбит / с разница между предсказанным значением и выборкой, значение кодируется 4 битами, так что мы получаем 15 квантовых уровней. В этом методе скорость передачи данных составляет половину от обычного PCM.

Демодуляция импульсного кода

Демодуляция импульсного кода будет делать то же самое процесс модуляции в обратном порядке. Демодуляция начинается с процесса декодирования, во время передачи на сигнал PCM будут влиять шумовые помехи. Итак, перед тем, как сигнал PCM отправится в демодулятор PCM, мы должны восстановить сигнал до исходного уровня, для чего мы используем компаратор. Сигнал ИКМ - это последовательный сигнал пульсовой волны, но для демодуляции нам нужна параллельная волна.

При использовании преобразователя из последовательного в параллельный последовательный сигнал пульсовой волны будет преобразован в параллельный цифровой сигнал. После этого сигнал пройдет через n-битный декодер, это должен быть цифро-аналоговый преобразователь. Декодер восстанавливает исходные значения квантования цифрового сигнала. Это значение квантования также включает в себя множество высокочастотных гармоник с исходными аудиосигналами. Чтобы избежать ненужных сигналов, мы используем фильтр нижних частот в финальной части.

Преимущества импульсно-кодовой модуляции

Аналоговые сигналы могут передаваться по высокоскоростному цифровому система связи .
Вероятность возникновения ошибки уменьшится за счет использования соответствующих методов кодирования.
PCM используется в системе Telkom, цифровой аудиозаписи, спецэффектах оцифрованного видео, цифровом видео, голосовой почте.
PCM также используется в радиоуправляемых устройствах в качестве передатчиков, а также приемников для дистанционно управляемых автомобилей, лодок, самолетов.
Сигнал PCM более устойчив к помехам, чем обычные сигналы.

Это все о Импульсно-кодовая модуляция и демодуляция . Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять эту концепцию. Кроме того, любые вопросы по этой статье или помощь в реализации электротехнические и электронные проекты , вы можете связаться с нами, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос: каково применение импульсно-кодовой модуляции?

Фото: